DAP-seq技術助力揭示三葉草TaUPL21調控根系發育的分子機制

文獻題目：A HECT‐Type E3 Ubiquitin Ligase TaUPL21 Promotes Root Development in Caucasian Clover by Directly Activating Transcription of TaAGL29

發表期刊：Plant Cell Environment

影響因子：6.3

物種：三葉草

發表單位：東北農業大學

發表時間：2026年3月1日

藍景科信提供：DAP-seq技術服務

主要研究結果

高加索三葉草是多年生優質豆科牧草，根系發達、耐寒耐旱、水土保持能力突出，是飼草生產與生態修復的優勢種質資源。HECT型E3泛素連接酶（UPL）是植物生長發育的核心調控因子，但傳統研究僅聚焦其泛素化降解功能，該類蛋白在牧草根系發育中的調控機制長期未被解析。

研究團隊從高加索三葉草中鑒定出32個TaUPL基因，其中TaUPL21在根莖芽中特異性高表達，成為調控根系生長的核心候選基因。功能驗證顯示，過表達TaUPL21可顯著提升根長、根體積、根尖數與根表面積，直接證實其正向驅動根系發育的關鍵作用。通過DAP-seq全基因組鑒定TaUPL21結合位點，兩個生物學重復分別鑒定出1607和1066個結合峰，其中11.2%的峰位精準定位在基因啟動子區域；GO與KEGG富集顯示其靶基因參與次生代謝、基因組穩定、表觀調控、脅迫響應與發育調控等多種過程。進一步Y1H、Dual-Luc等證實TaUPL21可直接結合TaAGL29啟動子并發揮轉錄激活作用，顯著上調其表達水平。過表達TaAGL29同樣顯著促進根長、鮮重增加與生根能力提升，與TaUPL21表型高度一致。綜上表明，TaUPL21–TaAGL29通路是調控高加索三葉草根系發育的關鍵分子模塊。

該研究揭示了植物HECT型E3泛素連接酶兼具泛素連接酶與轉錄激活子雙重功能，突破了植物E3泛素連接酶的傳統功能認知，為豆科牧草根系結構改良、抗逆性提升與高產育種提供了全新基因資源與理論支撐，對推動優質飼草育種創新、助力生態修復與畜牧業高質量發展具有重要應用價值。

圖1. 大豆與高加索三葉草TaUPL基因家族的最大似然（ML）系統發育樹及該家族在三葉草不同根部位的表達水平。（A）基于全長序列、經1000次自展檢驗構建的大豆與高加索三葉草TaUPL基因家族最大似然（ML）系統發育樹。（B）TaUPL家族在三葉草不同根部位的表達水平。

圖2. TaUPLs的系統發育關系、保守基序與基因結構域。（A）基于全長序列、經1000次自展檢驗構建的TaUPL蛋白最大似然（ML）系統發育樹。（B）TaUPLs的結構域分布。（C）TaUPL蛋白中保守基序的分布。

圖3. TaUPL21的最大似然（ML）系統發育樹、氨基酸多序列比對、蛋白表達結果、三維結構與疏水性分析。（A）基于全長序列、經400次自展檢驗構建的TaUPL21最大似然（ML）系統發育樹。（B）TaUPL21的氨基酸多序列比對。（C）蛋白表達結果。（D）TaUPL21蛋白的三維結構。（E）疏水性分析。

圖4. 高加索三葉草TaUPL21過表達毛狀根表型及相關指標。（A–D）高加索三葉草中過表達TaUPL21的毛狀根。（E）過表達TaUPL21的根體積。（F）過表達TaUPL21的根分叉數。（G）過表達TaUPL21的根長。（H）過表達TaUPL21的根尖數。（I）過表達TaUPL21的根表面積。

圖5. TaUPL21DNA結合活性的DAP-seq分析與功能驗證。（A）TaUPL21DAP-seq實驗兩個技術重復間峰的一致性分析。（B）TaUPL21結合峰在各功能區域（如啟動子、外顯子、內含子）的基因組注釋統計。（C）從TaUPL21識別區間富集得到的保守基序。（D）所有TaUPL21靶基因的結合位點中心到轉錄起始位點（TSS）的距離分布。

圖6. TaUPL21直接結合并正向調控TaAGL29。（A）TaAGL29啟動子序列及重要順式作用元件分布。（B）TaUPL21與TaAGL29啟動子的結合位點。（C）酵母單雜交實驗驗證TaUPL21結合TaAGL29啟動子。（D）瞬時表達實驗所用效應子與報告子載體示意圖。（E）TaUPL21與TaAGL29啟動子的瞬時表達轉錄調控實驗。（F）轉化楊樹原生質體12小時后檢測的LUC/REN相對熒光素酶活性。

圖7. 高加索三葉草TaAGL29過表達毛狀根表型、根長與根鮮重。（A）高加索三葉草中過表達TaAGL29的毛狀根。（B）過表達TaAGL29的根長。（C）過表達TaAGL29的根鮮重。

圖8. TaUPL21–TaAGL29通路促進高加索三葉草根系發育。

藍景科信核心服務體系涵蓋DAP-seq、RNA-seq及ChIP-seq、ATAC-seq等組學技術，同時配套EMSA、Dual-LUC、Y1H、ChIP-qPCR等下游驗證方案，并提供蛋白Pull-down、Y2H、Co-IP等全套蛋白互作服務。打造“組學檢測—功能驗證—互作分析"一站式轉錄因子研究解決方案，支撐科研工作高效推進！

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